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公開番号2021150076
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210927
出願番号2020046747
出願日20200317
発明の名称蓄電装置
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/48 20060101AFI20210830BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】プラトー領域と変化領域とを有する電池の満充電容量を精度よく推定する。
【解決手段】横軸が容量を示し縦軸が開回路電圧を示す2次元座標において、単位容量あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下である複数のプラトー領域と、その割合が所定値より大きい複数の変化領域とを有する容量開回路電圧曲線を有する電池Bと、劣化前の電池Bが完全放電状態であるときの容量から2つのプラトー領域の間に位置する第1変化領域に対応する容量までの基準容量を記憶部11から読み出すことで取得するとともに、劣化後の電池Bの第1変化領域に対応する容量から劣化後の電池Bが満充電状態であるときの容量までの満充電側容量を測定することで取得する取得部121と、基準容量と満充電側容量との加算値を、劣化後の電池Bの満充電容量として推定する推定部122とを備えて蓄電装置BPを構成する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項1】
横軸が容量を示し縦軸が開回路電圧を示す2次元座標において、単位容量あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下である複数のプラトー領域と、前記割合が前記所定値より大きい複数の変化領域とを有し、少なくとも1つの前記変化領域が2つの前記プラトー領域の間に位置する容量開回路電圧曲線を有する電池と、
劣化前の前記電池が完全放電状態であるときの容量から2つの前記プラトー領域の間に位置する第1変化領域に対応する容量までの基準容量を記憶部から読み出すことで取得するとともに、劣化後の前記電池の前記第1変化領域に対応する容量から劣化後の前記電池が満充電状態であるときの容量までの満充電側容量を測定することで取得する取得部と、
前記基準容量と前記満充電側容量との加算値を、劣化後の前記電池の満充電容量として推定する推定部と、
を備える蓄電装置。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
請求項1に記載の蓄電装置であって、
前記取得部は、
前記第1変化領域に対応する容量と、前記第1変化領域と前記プラトー領域を挟んで隣り合うと共に劣化後の前記電池が満充電状態であるときの容量を含んだ前記変化領域ではない第2変化領域に対応する容量と、の間の容量であるステージ容量を測定することで取得し、
劣化前の前記電池が有する前記容量開回路電圧曲線において、前記ステージ容量に対応する基準ステージ容量を前記記憶部から読み出すことで取得し、
前記基準ステージ容量に対する前記ステージ容量の収縮率を求め、
前記基準容量のうちの前記基準ステージ容量以外の容量と前記収縮率との乗算値と、前記ステージ容量との加算値を、前記満充電側容量に加算される前記基準容量とする
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項3】
請求項1に記載の蓄電装置であって、
前記推定部は、
前記取得部が、前記第1変化領域と、前記第1変化領域と前記プラトー領域を挟んで隣り合うと共に劣化後の前記電池が満充電状態であるときの容量を含んだ前記変化領域ではない第2変化領域との間の前記プラトー領域と、前記第1変化領域とからなるステージ容量を測定することで取得し、劣化前の前記電池が有する前記容量開回路電圧曲線において、前記ステージ容量に対応する基準ステージ容量を前記記憶部から読み出すことで取得し、前記基準ステージ容量に対する前記ステージ容量の収縮率を求め、前記基準容量のうちの前記基準ステージ容量以外の容量と前記収縮率との乗算値と、前記ステージ容量との加算値を、前記満充電側容量に加算される前記基準容量とする場合、重みを第1の値にし、
前記取得部が、前記基準容量を前記記憶部から読み出すことのみで取得する場合、前記重みを前記第1の値より小さい第2の値にし、
前回推定した満充電容量と1から前記重みを減算した値との乗算値と、今回算出した満充電容量と前記重みとの乗算値との加算値を、前記電池の満充電容量として推定する
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項4】
横軸が容量を示し縦軸が開回路電圧を示す2次元座標において、単位容量あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下である複数のプラトー領域と、前記割合が前記所定値より大きい複数の変化領域とを有し、少なくとも1つの前記変化領域が2つの前記プラトー領域の間に位置する電池と、
2つの前記プラトー領域の間に位置する第1変化領域と、前記第1変化領域と前記プラトー領域を挟んで隣り合うと共に劣化後の前記電池が満充電状態であるときの容量を含んだ前記変化領域ではない第2変化領域との間の前記プラトー領域と前記第1変化領域とからなるステージ容量を測定することで取得するとともに、劣化前の前記電池が有する前記容量開回路電圧曲線において、基準満充電容量及び前記ステージ容量に対応する基準ステージ容量を記憶部から読み出すことで取得する取得部と、
前記基準ステージ容量に対する前記ステージ容量の収縮率を求め、前記基準満充電容量と前記収縮率との乗算値を、前記電池の満充電容量として推定する推定部と、
を備える蓄電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電池の満充電容量を推定する蓄電装置に関する。
続きを表示(約 4,500 文字)【背景技術】
【0002】
蓄電装置として、充電前後または放電前後の電池の開回路電圧により充電前後または放電前後の充電率の変化量を推定し、充電中または放電中の電池の容量の変化量を求め、(容量の変化量/充電率の変化量)×100の計算結果を、電池の満充電容量として推定するものがある。このように構成される蓄電装置は、電池の劣化に伴って満充電容量が減少しても、その減少後の満充電容量を推定することができる。関連する技術として、例えば、特許文献1がある。
【0003】
ところで、単位充電率あたりの開回路電圧の割合が所定値以下であるプラトー領域と、単位充電率あたりの開回路電圧の割合が所定値より大きい変化領域とを有する電池が存在する。特に、負極に黒鉛を用い正極にLFP(LiFePO4)を用いたリチウムイオン電池は、プラトー領域に比べて変化領域が少ない。
【0004】
そのため、上記蓄電装置では、電池の開回路電圧がプラトー領域に入っている場合、開回路電圧の測定誤差の影響により充電率の変化量の推定精度が低下し、満充電容量の推定精度が低下するおそれがある。
【0005】
そこで、開回路電圧が変化領域に入ったときに開回路電圧を測定していき、複数の変化領域で測定された開回路電圧に基づいて満充電容量を推定することが考えられるが、プラトー領域に比べて変化領域が少ない電池の満充電容量を推定する場合、満充電容量の推定頻度が比較的低くなるという懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2014−181924号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の一側面に係る目的は、プラトー領域と変化領域とを有する電池の満充電容量を精度よく推定することが可能な蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、電池と、取得部と、推定部とを備える。
【0009】
電池は、横軸が容量を示し縦軸が開回路電圧を示す2次元座標において、単位容量あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下である複数のプラトー領域と、その割合が所定値より大きい複数の変化領域とを有し、少なくとも1つの変化領域が2つのプラトー領域の間に位置する容量開回路電圧曲線を有する。
【0010】
取得部は、劣化前の電池が完全放電状態であるときの容量から2つのプラトー領域の間に位置する第1変化領域に対応する容量までの基準容量を記憶部から読み出すことで取得するとともに、劣化後の電池の第1変化領域に対応する容量から劣化後の電池が満充電状態であるときの容量までの満充電側容量を測定することで取得する。
【0011】
推定部は、基準容量と満充電側容量との加算値を、劣化後の電池の満充電容量として推定する。
【0012】
これにより、プラトー領域と変化領域とを有する電池が劣化することによって、容量と負極電位との対応関係を示す容量−負極電位曲線が横軸の増加方向にスライドして満充電容量が減少していても、その満充電容量を精度よく推定することができる。
【0013】
また、取得部は、第1変化領域に対応する容量と、第1変化領域とプラトー領域を挟んで隣り合うと共に劣化後の電池が満充電状態であるときの容量を含んだ変化領域ではない第2変化領域に対応する容量と、の間の容量であるステージ容量を測定することで取得し、劣化前の電池が有する容量開回路電圧曲線において、ステージ容量に対応する基準ステージ容量を記憶部から読み出すことで取得し、基準ステージ容量に対するステージ容量の収縮率を求め、基準容量のうちの基準ステージ容量以外の容量と収縮率との乗算値と、ステージ容量との加算値を、満充電側容量に加算される基準容量とするように構成してもよい。
【0014】
これにより、プラトー領域と変化領域とを有する電池が劣化することによって、容量と負極電位との対応関係を示す容量−負極電位曲線が横軸の増加方向にスライドするとともに収縮して満充電容量が減少していても、その満充電容量を精度よく推定することができる。
【0015】
また、推定部は、取得部が、第1変化領域と、第1変化領域とプラトー領域を挟んで隣り合うと共に劣化後の電池が満充電状態であるときの容量を含んだ変化領域ではない第2変化領域との間のプラトー領域と、第1変化領域とからなるステージ容量を測定することで取得し、劣化前の電池が有する容量開回路電圧曲線において、ステージ容量に対応する基準ステージ容量を記憶部から読み出すことで取得し、基準ステージ容量に対するステージ容量の収縮率を求め、基準容量のうちの基準ステージ容量以外の容量と収縮率との乗算値と、ステージ容量との加算値を、満充電側容量に加算される基準容量とする場合、重みを第1の値にし、取得部が、基準容量を記憶部から読み出すことのみで取得する場合、重みを第1の値より小さい第2の値にし、前回推定した満充電容量と1から重みを減算した値との乗算値と、今回算出した満充電容量と重みとの乗算値との加算値を、電池の満充電容量として推定するように構成してもよい。
【0016】
これにより、満充電容量の算出に使用されるパラメータの数が比較的多く、今回算出した満充電容量が真の満充電容量に近いと推測されるとき、重みを大きくし、満充電容量の算出に使用されるパラメータの数が比較的少なく、今回算出した満充電容量が真の満充電容量にあまり近くないと推測されるとき、重みを小さくすることができるため、満充電容量の算出に使用されるパラメータの数の変動に伴う満充電容量の推定精度の変動を抑制することができる。
【0017】
また、本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、電池と、取得部と、推定部とを備える。
【0018】
電池は、横軸が容量を示し縦軸が開回路電圧を示す2次元座標において、単位容量あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下である複数のプラトー領域と、その割合が所定値より大きい複数の変化領域とを有し、少なくとも1つの変化領域が2つのプラトー領域の間に位置する。
【0019】
取得部は、2つの前記プラトー領域の間に位置する第1変化領域と、第1変化領域とプラトー領域を挟んで隣り合うと共に劣化後の電池が満充電状態であるときの容量を含んだ変化領域ではない第2変化領域との間のプラトー領域と第1変化領域とからなるステージ容量を測定することで取得するとともに、劣化前の電池が有する容量開回路電圧曲線において、基準満充電容量及びステージ容量に対応する基準ステージ容量を記憶部から読み出すことで取得する。
【0020】
推定部は、基準ステージ容量に対するステージ容量の収縮率を求め、基準満充電容量と収縮率との乗算値を、電池の満充電容量として推定する。
【0021】
これにより、プラトー領域と変化領域とを有する電池が劣化することによって、容量と負極電位との対応関係を示す容量−負極電位曲線が横軸の増加方向に収縮して満充電容量が減少していても、その満充電容量を精度よく推定することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、プラトー領域と変化領域とを有する電池の満充電容量を精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
実施形態の蓄電装置の一例を示す図である。
劣化前の電池が有する容量開回路電圧曲線の一例を示す図である。
劣化後の電池が有する容量開回路電圧曲線の一例を示す図である。
劣化後の電池が有する容量開回路電圧曲線の他の例を示す図である。
劣化後の電池が有する容量開回路電圧曲線のさらに他の例を示す図である。
満充電推定処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
【0025】
図1は、実施形態の蓄電装置の一例を示す図である。
【0026】
図1に示す蓄電装置BP(電池パック)は、電気自動車などの車両Veに搭載され、電池ECU(Electronic Control Unit)1と、電池Bと、電流計2と、温度計3と、スイッチSW1、SW2、SW3と、監視ECU4とを備える。なお、車両Veとしては、電気自動車に限られず、例えば、電動フォークリフト等の産業車両であってもよい。
【0027】
車両Veは、蓄電装置BPの他に、車両Veの走行用のモータMと、モータMを駆動するインバータ回路Invと、インバータ回路Invの動作を制御するとともに車両Veの外部に設けられる充電器Chと通信を行う車両ECU5とを備える。
【0028】
インバータ回路Invは、スイッチを備え、そのスイッチが繰り返しオン、オフすることにより、電池Bから供給される直流電力を交流電力に変換してモータMに供給する。また、インバータ回路Invは、スイッチが繰り返しオン、オフすることにより、モータMから供給される交流電力(回生電力)を直流電力に変換して電池Bに供給する。
【0029】
車両ECU5は、インバータ回路Invのスイッチのオン、オフを制御する制御信号のデューティ比を変化させることにより、インバータ回路Invから電池Bに供給される電力または電池Bからインバータ回路Invに供給される電力を変化させる。車両ECU5の機能を電池ECU1の機能に含ませて電池ECU1と車両ECU5とを統合し、その統合後の電池ECU1を蓄電装置BPまたは車両Veに設けてもよい。
【0030】
電池Bは、1つ以上の二次電池(例えば、負極に黒鉛を用い正極にLFPを用いたリチウムイオン電池など、プラトー領域に比べて変化領域が少ない容量開回路電圧曲線を有する二次電池)により構成される。電池Bのプラス端子は、インバータ回路Invのプラス入力端子に接続される。または、電池Bのプラス端子は、充電器Chのプラス出力端子に接続される。電池Bのマイナス端子は、電流計2、スイッチSW1、及びスイッチSW3を介してインバータ回路Invのマイナス入力端子に接続される。または、電池Bのマイナス端子は、電流計2、スイッチSW1、及びスイッチSW2を介して充電器Chのマイナス出力端子に接続される。
(【0031】以降は省略されています)

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